RFID技術(shù)手機智能卡的校園一卡通模式

大多數高校建設校園一卡通系統中，使用承載一卡通系統信息的載體是非接觸射頻卡(Mifare One)，它是一卡通系統里最基礎的、最重要的設備。但隨著(zhù)物聯(lián)網(wǎng)、移動(dòng)終端的大量普及應用，高校校園一卡通、數字化校園中的無(wú)線(xiàn)網(wǎng)絡(luò )支持的上下行數據速率不斷提高，新的應用尤其是數據業(yè)務(wù)方面的應用不斷涌現，手機逐漸成為人們身邊不可缺少的信息終端。越來(lái)越多的人用手機代替了手表、記事本、MP3、照相機等，而我們的錢(qián)包和鑰匙也集成到手機上成為了現實(shí)，RFID 無(wú)線(xiàn)射頻識別技術(shù)亦在高校校園管理各領(lǐng)域中組建RFID 終端子系統，并利用校園主干網(wǎng)作為信息平臺，實(shí)現全部終端子系統的系統集成。使我們在校園中學(xué)習、工作、生活更加方便、更加安全。

一 校園一卡通中的射頻技術(shù)與手機結合

目前大部分高校校園一卡通系統采用的卡介質(zhì)是非接觸式射頻卡，即 Mifare One 卡讀寫(xiě)技術(shù)集計算機技術(shù)、自動(dòng)控制技術(shù)、網(wǎng)絡(luò )通訊技術(shù)、智能卡技術(shù)、傳感技術(shù)、模式識別技術(shù)和機電一體化技術(shù)于一體，應用于高校的智能化一卡通管理。采用非接觸式射頻卡作為通行券，將圖書(shū)館借還書(shū)、門(mén)禁、消費、上機、考勤、控水、體育俱樂(lè )部活動(dòng)等系統集于一卡，所有功能只需一張卡就能完成，系統采用符合潮流的開(kāi)放式體系結構，能夠與第三方的系統和設備兼容，實(shí)現用戶(hù)系統的高度集成。

然而隨著(zhù)2008 年的Mifare 卡破解事件和2009 年的3G校園業(yè)務(wù)的如火如荼的展開(kāi)，以SIMPASS 卡或RFID-SIM 卡(不同運營(yíng)商的卡標準不同)為介質(zhì)手機一卡通作為一種可替代的新概念產(chǎn)品被迅速普及。使用同時(shí)具有通信和非接觸卡功能的手機，一卡通系統采用射頻識別RFID 與近距離通信NFC 技術(shù)，只需用手機靠近讀卡設備就可以完成認證或者支付，不僅省時(shí)、便捷、一機多用，也能直接明了的進(jìn)行實(shí)時(shí)狀態(tài)和賬戶(hù)余額查詢(xún)，拓展了現有手機的業(yè)務(wù)領(lǐng)域。

NFC 是繼移動(dòng)通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)之后又一項影響全球經(jīng)濟與人類(lèi)生活的新技術(shù)。

1 手機與NFC 技術(shù)結合

NFC(NFC,Near Field Communication)是一種標準的短距離無(wú)線(xiàn)連接技術(shù)，利用磁場(chǎng)感應實(shí)現近距離電子設備之間的通信。它為用于安全數據傳輸驗證的識別協(xié)議提供了一種無(wú)縫連接，并具有功耗小、安全性好等優(yōu)點(diǎn)，對于音視頻流等需要較高帶寬的應用，可配合藍牙、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等技術(shù)提供自動(dòng)接入功能。NFC 在約10 厘米的距離通過(guò)13.56MHZ 頻帶實(shí)現主動(dòng)和被動(dòng)兩種操作。目前提供的數據傳輸速率包括106kbps、212kbps 和424kbps[1]。NFC 技術(shù)能更好的與手機結合，調用手機固有的硬件軟件資源。

2 射頻識別技術(shù)-手機智能卡( RFID-SIM)技術(shù)

RFID-SIM 是直通電迅的專(zhuān)利技術(shù)，按照國家智能卡應用的技術(shù)規范和標準開(kāi)發(fā)，將2.4G 射頻模塊集成在sim 卡上，形成帶有射頻功能的雙界面手機智能卡。消費者僅需將原有sim卡更換為RFID-SIM 卡即可使現有手機變成一個(gè)類(lèi)NFC 手機。RFID-SIM 技術(shù)使用的是共用的2.4GHZ IMS 頻段，該頻段的無(wú)線(xiàn)產(chǎn)品和天線(xiàn)相當小，在與手機的結合應用中具有天然的優(yōu)勢。其通信距離在10-500CM 調節，單向支持100M 數據廣播，通信速率達1Mpbs，支持自動(dòng)感應和主動(dòng)出發(fā)兩種通信方法。在數據傳輸過(guò)程中自動(dòng)TDES 加密，可有效防止數據被竊聽(tīng)，同時(shí)其自有協(xié)議能支持刷卡時(shí)的雙向認證功能。

RFID-SIM 采用的是擴頻通信，能將發(fā)送的信息擴展在更廣的帶寬。由于使用的頻率較高，具有較短波長(cháng)，信號能從手機電池和背板的縫隙間發(fā)送出去，具有較強的穿透能力。由于工作在2.4GHZ 頻段，RFID-SIM 技術(shù)具有以下特點(diǎn)：擴頻通信不易被干擾;碼分多址能力強;安全保密;傳輸數據的速率快。RFID-SIM可以通過(guò)手機鍵盤(pán)進(jìn)行控制sim 卡部分用于正常的移動(dòng)通訊、鑒權及與手機的物理連接;內置軟件用于管理高安全度的RFID、電子錢(qián)包以及其它會(huì )員卡;使用微型RFID 模塊并通過(guò)內置的天線(xiàn)與外部設備進(jìn)行通訊。它比電話(huà)磁卡的成本低，并且質(zhì)地結實(shí)耐用，易于推廣。

二 手機校園一卡通網(wǎng)絡(luò )架構

1 手機校園一卡通網(wǎng)絡(luò )架構

網(wǎng)絡(luò )作為校園手機一卡通系統的基礎設施，對系統運行的安全、穩定與可靠起著(zhù)十分關(guān)鍵的作用。校園手機一卡通系統的網(wǎng)絡(luò )與其它系統相比，更多樣化、更復雜、需要根據不同的業(yè)務(wù)、設備與環(huán)境的要求、設計不同的網(wǎng)絡(luò )通訊方案，并且適用于不同校區之間的網(wǎng)絡(luò )連接。

手機校園一卡通系統平臺建立在數字化校園專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )上，數字化校園專(zhuān)用網(wǎng)絡(luò )是通過(guò)實(shí)現從環(huán)境、資源到應用的全部數字化，在傳統校園基礎上構建一個(gè)數字空間，以拓展現實(shí)校園的時(shí)間和空間緯度。手機校園一卡通系統的數據中心位于學(xué)校數據中心，通過(guò)網(wǎng)絡(luò )與分校區中心節點(diǎn)相連，業(yè)務(wù)管理放置在各校區的開(kāi)放位置，便于面向師生服務(wù)。而M1技術(shù)上的“一網(wǎng)一卡一庫”并不能涵蓋當前手機校園一卡通系統技術(shù)與業(yè)務(wù)發(fā)展的現狀。構建“三網(wǎng)一卡一庫”的網(wǎng)絡(luò )架構，“三網(wǎng)”是指內網(wǎng)、外網(wǎng)以及專(zhuān)網(wǎng)。內網(wǎng)就是指通常所說(shuō)的數字化校園網(wǎng)，專(zhuān)網(wǎng)則是有別于數字化校園網(wǎng)的通訊鏈路，外網(wǎng)指的是INETRNET。以數字化校園一體化設計的高度，校園手機一卡通系統網(wǎng)絡(luò )結構的拓撲結構如圖1 所示。

圖1 校園手機一卡通網(wǎng)絡(luò )拓撲結構圖

2 校園手機一卡通系統的軟件體系結構

在系統總體結構上，校園手機一卡通系統采用4 層結構作為系統的基礎技術(shù)架構[3]，分別是交互層、通信層、服務(wù)層以及數據層。手機校園一卡通系統體系結構如圖2 所示。

圖2 手機校園一卡通系統的體系結構圖